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技術(shù)文章

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鍋爐省煤器管穿孔原因分析

馬燕勤,李佟年,游　菊
(上海市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所,上海 200062)
摘　要:某型號為KCTK35/402100鍋爐省煤器,在運(yùn)行兩年多時(shí)間內(nèi)發(fā)生多次爆管事故。采用化學(xué)分析、金相檢驗(yàn)及掃描電鏡等分析方法對鍋爐省煤器穿孔漏水原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,省煤器管內(nèi)外壁共同腐蝕是引起其快速穿孔的原因,內(nèi)壁產(chǎn)生了溶解氧腐蝕,外壁產(chǎn)生了氧化腐蝕及硫腐蝕。

關(guān)鍵詞:省煤器管;溶解氧腐蝕;氧化腐蝕;硫腐蝕

　　某單位一臺KCTK35/402100鍋爐于1994年底投入運(yùn)行,在運(yùn)行兩年多時(shí)間內(nèi)省煤器管發(fā)生多次爆管漏水事故。1996年該鍋爐第三層省煤器管發(fā)生漏水現(xiàn)象,在恢復(fù)運(yùn)行了兩個(gè)月后**層省煤器管又出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。該鍋爐工作壓力3.9MPa;蒸發(fā)量3.5t/h;省煤器管材料為20g鋼,規(guī)格為<28mm×3mm。為防止類似事故重復(fù)發(fā)生,對**層省煤器管穿孔原因進(jìn)行了分析研究。

1　理化檢驗(yàn)

1.1　宏觀檢驗(yàn)

穿孔管段位于省煤器下部,其管外壁氧化皮呈片狀剝落,在穿孔附近剝落更為嚴(yán)重,見圖1。管內(nèi)壁存在較多大小及深度不一的圓形腐蝕斑及腐蝕凹坑,腐蝕凹坑的尺寸一般為<5mm×1.2mm～<1.5mm×0.3mm,凹坑內(nèi)有黑色腐蝕產(chǎn)物;除此之外,管內(nèi)壁上還存在大小不等的圓形腐蝕鼓包,直徑為1～5mm,鼓包表面呈現(xiàn)磚紅色,其內(nèi)有黑色粉末狀物,剝?nèi)ス陌梢姷揭粷兛?坑內(nèi)堆著黑色腐蝕產(chǎn)物,且腐蝕產(chǎn)物越多,腐蝕坑就越深,穿孔管段內(nèi)壁形貌見圖2。

在穿孔處及穿孔附近其管子壁厚都有減薄現(xiàn)象,*厚為2mm,減薄了1mm;在穿孔處壁厚僅為0.2mm,減薄了2.8mm;在內(nèi)壁腐蝕不很嚴(yán)重處,其壁厚也有減薄現(xiàn)象,表明該處壁厚減薄是由于外壁腐蝕而引起的,見圖3。整段管子內(nèi)壁水垢均很薄,水垢厚約為0.5mm。

1.2　化學(xué)成分分析

在穿孔管上取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),結(jié)果列于表1。可見,該穿孔管化學(xué)成分符合GB/T699-1998標(biāo)準(zhǔn)中20g鋼的技術(shù)要求。

1.3　金相檢驗(yàn)

在穿孔部位截取縱向及橫向試樣,經(jīng)磨制、拋光,在光學(xué)顯微鏡下觀察,該管子材料非金屬夾雜物按GB/T10561-1989《鋼中非金屬夾雜物顯微評定方法》標(biāo)準(zhǔn)評定為A1和D1(總量為2級);橫截面試樣經(jīng)4%硝酸酒精溶液侵蝕后觀察,管內(nèi)壁有腐蝕凹坑,凹坑內(nèi)充滿灰黑色氧化物,見圖4;穿孔管子顯微組織為鐵素體+呈片狀的珠光體,見圖5。

1.4　掃描電鏡及能譜分析

用PHILIPS公司XL230掃描電鏡(SEM)及DX24X射線能譜色散譜(EDS)分別對穿孔處內(nèi)外壁不同區(qū)域進(jìn)行觀察。穿孔管內(nèi)壁腐蝕鼓包處及腐蝕凹坑處經(jīng)能譜分析含較多的氧,電鏡觀察到的腐蝕產(chǎn)物為氧化物,表明管子內(nèi)壁發(fā)生了氧腐蝕。圖6為腐蝕鼓包形貌,圖7為腐蝕凹坑處腐蝕產(chǎn)物的形貌。

在穿孔管外壁檢測到較多的氧和硫,其腐蝕產(chǎn)物的電鏡形貌見圖8,表明管子外壁受到氧和硫的腐蝕。各區(qū)域的能譜分析結(jié)果列于表2。

2　結(jié)果分析

(1)化學(xué)成分分析結(jié)果表明,省煤器管材料符合GB/T699-1998中20g鋼的規(guī)定要求。

(2)金相檢驗(yàn)結(jié)果表明,穿孔管材料中夾雜物含量不高,其顯微組織正常。

(3)穿孔管內(nèi)壁水垢很薄,可判定該鍋爐給水硬度合格。

(4)穿孔管內(nèi)壁存在較多大小不等的紅褐色鼓包,且其內(nèi)有黑色粉狀物,剝?nèi)ス陌鼊t呈現(xiàn)一潰瘍坑,這些是氧腐蝕的宏觀特征。金相檢驗(yàn)及掃描電鏡也都觀察到了氧化物腐蝕產(chǎn)物。能譜分析結(jié)果表明,腐蝕鼓包及腐蝕凹坑處均含較多的氧,這也說明穿孔管內(nèi)壁發(fā)生了較嚴(yán)重的氧腐蝕,表明了給水除氧處理**。經(jīng)調(diào)查,在運(yùn)行過程中,除氧設(shè)備曾發(fā)生過故障,因未能及時(shí)修理導(dǎo)致了除氧**。

(5)在穿孔管外壁檢測到較多的氧和硫,掃描電鏡也觀察到各種形態(tài)的腐蝕產(chǎn)物,表明了管子減薄處外壁產(chǎn)生了氧化腐蝕和硫腐蝕。經(jīng)調(diào)查,上層省煤器曾數(shù)次發(fā)生爆管漏水現(xiàn)象,致使管內(nèi)爐水大量噴射到下部爐管上,由于管子溫度較高,遇到爐水后會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈氧化腐蝕,形成大量氧化皮剝落。硫腐蝕的產(chǎn)生是由于煙氣中含有一定量的SO2和SO3,在正常狀態(tài)下,氣態(tài)的SO2和SO3在不很高的溫度下對金屬不產(chǎn)生腐蝕作用,但如果SO2和SO3遇到水就會(huì)生成弱的亞硫酸和硫酸,它們對金屬有腐蝕作用。由于上層省煤器泄漏水條件的存在,極易發(fā)生硫腐蝕。另外,當(dāng)省煤器溫度較低時(shí),煙氣中的水蒸氣如果凝結(jié)成水,也會(huì)與煙氣中的SO2和SO3結(jié)合生成弱的亞硫酸和硫酸,并凝聚在省煤器管外表面,使其受到硫腐蝕,這種硫腐蝕通常發(fā)生在煙氣溫度低于“露點(diǎn)”時(shí)。據(jù)有關(guān)資料介紹,煙氣中SO2和SO3含量越高,則露點(diǎn)溫度越高,無SO3的煙氣,露點(diǎn)約為50℃,若煙氣中含有少量SO3,就會(huì)使露點(diǎn)溫度明顯升高,可達(dá)120～160℃,管壁溫度愈低或煙氣的露點(diǎn)溫度越高,則愈易發(fā)生硫的低溫腐蝕。

3　結(jié)論

該省煤器管在外壁受到嚴(yán)重氧化腐蝕和硫腐蝕的同時(shí),給水中的溶解氧對其內(nèi)壁也產(chǎn)生腐蝕,導(dǎo)致其在短時(shí)間內(nèi)穿孔漏水。應(yīng)該指出的是,外壁的氧化腐蝕為化學(xué)腐蝕,而內(nèi)壁的腐蝕是溶解氧腐蝕,為電化學(xué)腐蝕,兩者腐蝕機(jī)理不同。

4　預(yù)防措施

(1)燃燒脫硫。使用添加劑(如石灰石、白云石等)以吸收或中和煙氣中的SO3,避免結(jié)露,從而減少煙氣中的SO3含量,達(dá)到控制燃燒的目的。

(2)加強(qiáng)運(yùn)行管理,切實(shí)做好除氧工作。

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鍋爐省煤器管穿孔原因分析